Une intelligence artificielle a décrypté le cerveau des mouches

Une mouche semble ne pas être grand chose à cause de sa petitesse. Mais en réalité, vouloir créer une petite créature semblable serait très difficile. Imaginer environs 2204 groupes de neurones différents chez quelque 400.000 mouches ont été filmée en vidéo 225 jours de données. Il faudrait plus de 3 000 ans pour l’homme les décrypter. Heureusement, que l’intelligence artificielle peut aider à aller plus vite. Il semble que ce genre d’étude permette de mieux comprendre l’activité cérébrale humaine
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Une intelligence artificielle a décrypté le cerveau des mouches

 

Les chercheurs américains connaissent désormais précisément l’activité cérébrale des mouches du vinaigre pour plusieurs comportements.

© ROBIE ET AL./CELL 2017

Anne-Sophie Tassart

Journaliste

Des chercheurs américains ont fait appel à une intelligence artificielle pour étudier l’activité cérébrale des mouches.

Le cerveau des mouches du vinaigre (Drosophilia melanogaster) n’a absolument plus aucun secret pour eux : des chercheurs américains ont réussi à mettre au point une carte détaillée de l’activité neuronale de ces insectes pour plusieurs comportements. Selon les résultats publiés le 13 juillet 2017 dans la revue Cell, cette recherche a permis l’analyse de pas moins de 2204 groupes de neurones différents chez quelques 400.000 mouches.

3800 ans de données à décrypter pour un humain

Les scientifiques ont filmé des insectes dont certains neurones ont été activés artificiellement pour observer les résultats et ils ont ainsi pu enregistrer 225 jours de vidéos. Face à cette masse colossale de données (des humains auraient mis environ 3800 ans à décrypter les vidéos), ils en ont confié l’analyse à une intelligence artificielle nommée JAABA pour Janelia Automatic Animal Behaviour Annotator.

Cette dernière a permis de confirmer certaines hypothèses sur le rôle de plusieurs groupes de neurones dans différents comportements mais elle a aussi permis de faire de nouvelles découvertes. Par exemple, les neurones nécessaires à la vision sont impliqués dans les comportements de fuite et un groupe de neurones présent dans le protocérébron (cerveau antérieur) est quant à lui impliqué dans les comportements agressifs entre femelles.

Comprendre les mouches pour étudier l’humain

Etudier les quelques 100.000 neurones du cerveau des mouches peut fournir des pistes pour analyser l’activité cérébrale humaine et les comportements qui en découlent.

« Les mouches font tout ce qu’un organisme doit faire pour survivre dans ce monde, affirme Alice Robie, l’auteure principale de l’étude. Elles ont besoin de trouver de la nourriture, d’échapper à des prédateurs, de trouver un partenaire sexuel et de se reproduire ».

Ces actions nécessitent une interaction complexe avec l’environnement que l’on retrouve au quotidien chez l’espèce humaine.

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Les mouches aussi ont du goût

Manger des aliments avariés risque de nous conduire à l’hôpital pour intoxication. Alors que les mouches de vinaigre peuvent détecter les aliments à éviter et pondre sur des aliments sains
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Les mouches aussi ont du goût

 

Les drosophiles savent repérer les aliments infectés : elles ne s’en nourissent pas et n’y pondent pas d’œufs.

©Ian Gringer/Shutterstoc

Tout comme les humains, les drosophiles sont capables de détecter et d’éviter les aliments contaminés grâce à des neurones du goût.

Alice Maestracci

La meilleure façon de ne pas avoir d’intoxication alimentaire reste encore de ne pas manger d’aliments avariés. Chez l’homme, l’odorat et le goût nous évitent de tomber malade : dès qu’un aliment est potentiellement contaminé par des bactéries, nos récepteurs sensoriels nous avertissent qu’il faut tout recracher. Mais qu’en est-il chez les animaux ? C’est ce qu’ont essayé de savoir Bassem Hassan et son équipe de l’Institut du cerveau et de la moelle épinière, en collaboration avec l’université catholique de Louvain, en étudiant la drosophile (Drosophila melanogaster), communément appelée mouche du vinaigre.

Pourquoi les drosophiles ? Car elles se nourrissent d’aliments en décomposition, et qui dit aliments trop mûrs dit possible présence de bactéries, dont Escherichia coli. Et qui dit E. coli dit lipopolysaccharide (LPS), une toxine présente dans la membrane de la bactérie, nocive chez l’homme et la drosophile, et responsable des symptômes d’intoxication.

Les chercheurs ont donc soumis les mouches du vinaigre à un choix culinaire : ils leur ont proposé des fruits en décomposition sains ou d’autres infectés par E. coli. Verdict : après avoir goûté l’aliment contaminé, les mouches évitent soigneusement d’en manger. Par ailleurs, l’aliment sain a aussi les faveurs des femelles pour y pondre leurs œufs.

Comme le lipopolysaccharide est un composé non volatile, les chercheurs ont supposé que cette réaction d’évitement était due à certains neurones gustatifs présents dans l’œsophage des drosophiles, connus pour détecter les substances aversives. De fait, lorsque les biologistes ont bloqué la neurotransmission dans ces neurones, les mouches se nourrissaient aussi bien d’aliments contaminés que d’aliments sains.

Bassam Hassen et ses collègues ont cherché à savoir si l’expression sur ces neurones d’un récepteur nommé TRPA1 était à l’origine de la préférence des drosophiles pour les aliments sains. Si on inhibe le récepteur, la mouche mange de la nourriture infectée et les femelles y pondent leurs œufs : l’expression de TRPA1 est bien nécessaire pour esquiver la toxine bactérienne.

Ces expériences prouvent que les mouches du vinaigre possèdent un mécanisme gustatif qui leur permet de détecter et d’éviter les toxines, et ainsi de se prémunir contre les infections causées par les bactéries telles que Escherichia coli. Cette capacité est cruciale pour les drosophiles, qui ne possèdent pas de mémoire immunitaire. Par ailleurs, le fait que le récepteur TRPA1 soit présent chez les mammifères et chez les insectes montre que ce mécanisme a été sauvegardé au cours de l’évolution, sans doute car il est très utile à la survie des espèces.

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Les mouches en manque de sexe sombrent dans l’alcool

Les mouches en manque d’amour  foncent tête baisser vers la nourriture alcoolisées .. Serais-ce un peu comme l’être humain qui pour certains problèmes préfèrent oublier dans l’alcool.  Cependant peut-être que cette compréhension des mouches en mal d’amour pourrait dans un proche avenir à  trouver des thérapies pour la dépendance a l’alcool et des drogues chez l’homme
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Les mouches en manque de sexe sombrent dans l’alcool

 

© Shutterstock

Chez les mouches drosophiles, les mâles repoussés sexuellement par les femelles sombrent dans l’alcool, comme certains hommes le font pour oublier, révèle jeudi une recherche parue dans la revue américaine Science.

 

Selon ces expériences réalisées en Californie, une substance dans le cerveau de ces insectes augmente avec la satisfaction et diminue si le sujet est insatisfait: ainsi, les drosophiles mâles en mesure de copuler consomment nettement moins de nourriture liquide alcoolisée et présentent des taux plus élevés de cette petite molécule, un neuropeptide F.

En revanche, ceux qui sont privés d’activité sexuelle choisissent des aliments comportant de l’alcool et en consomment de grandes quantités. Les chercheurs ont observé de bas niveaux de neuropeptide F chez ces mêmes insectes.

Neurotransmetteur similaire

Un neurotransmetteur cérébral similaire, appelé neuropeptide Y, est également présent chez les humains, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nouveaux traitements contre la dépendance à l’alcool ou à d’autres drogues, juge Ulrike Heberlein, professeur d’anatomie et de neurologie à l’Université de Californie à San Francisco et principal auteur de ces travaux.

Ajuster les taux de ces neuropeptides chez les humains pourrait faire disparaître cette dépendance, pensent ces scientifiques, expliquant avoir fait exactement la même observation chez la mouche drosophile, encore appelée mouche du vinaigre, un sujet de recherche utilisé par la science depuis le XIXe siècle.

«Si les neuropeptides Y s’avèrent bien jouer un rôle déterminant dans l’état psychologique conduisant à abuser de l’alcool et des drogues, on pourrait alors mettre au point des thérapies neutralisant les récepteurs de cette molécule» pour en assurer un niveau suffisant constant dans le cerveau, estime Ulrike Heberlein.

Elle précise que des essais cliniques sont en cours pour tester la capacité des neuropeptides Y à soulager l’anxiété et d’autres troubles psychologiques aussi bien que l’obésité.

Pour cette expérience, les chercheurs ont commencé par mettre des drosophiles mâles dans une cage de verre où se trouvaient des femelles vierges prêtes à copuler. Ils ont ensuite placé d’autres mâles avec des mouches femelles qui s’étaient déjà accouplées, les conduisant à rejeter les avances de nouveaux mâles.

Après cela, les différents mâles ont été mis dans des boîtes contenant deux pailles, l’une avec de la nourriture liquide normale et l’autre avec 15% d’alcool. Ceux qui avaient été repoussés sexuellement se sont jetés sur les nutriments liquides alcoolisés, en absorbant de grandes quantités.

Par contre, les mâles comblés ont surtout consommé de la nourriture non-alcoolisée. Et ces comportements étaient totalement prévisibles en fonction des niveaux de neuropeptide F dans le cerveau des insectes, selon les chercheurs.

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